Beeinflussung zellulärer Signaltransduktionskaskaden durch Apfelpolyphenole und deren mikrobielle Abbauprodukte in humanen Kolonkarzinomzellen

Impact of apple polyphenols and phenolic degradation products on cellular signalling cascades in human colon carcinoma cells

  • Das Ziel dieser Arbeit lag in der Aufklärung zellulärer Wirkmechanismen von Apfelpolyphenolen und deren möglicher Relevanz im Hinblick auf die Chemoprävention, insbesondere des kolorektalen Karzinoms. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass polyphenolreiche Apfelextrakte in vitro das Wachstum der humanen Kolonkarzinomzelllinie HT29 hemmen, wobei die Induktion von Apoptose eine Rolle zu spielen scheint. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass polyphenolreiche Apfelsaftextrakte modulierend in Signalübertragungswege eingreifen, die wesentlich sind für die Regulation von Zellwachstum und Differenzierung. In erster Linie zeichnen sich dabei Effekte auf wachstumsfaktorvermittelte Signalwege ab. Als herausragende Wirkqualität des polyphenolreichen Apfelsaftextraktes AE02 bzw. des Apfeltresterextraktes AE03B ist ihre hocheffektive Hemmung der Proteintyrosinkinase (PTK)-Aktivität des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors (EGFR) zu nennen. Anhand von Untersuchungen zur Modulation des Phosphorylierungsstatus (als ein Maß für die Aktivität des EGFR) konnte gezeigt werden, dass die Hemmwirkung des AE02 nicht limitiert ist auf den isolierten EGFR, sondern auch in intakten Zellen zum Tragen kommt. Insgesamt zeigte sich allerdings, dass die bislang in Apfelextrakten identifizierten Inhaltsstoffe alleine bzw. in der Summe nur marginal sowohl zur Wachstumshemmung als auch zur Hemmung des EGFR beitragen. Oligomere Procyanidine dagegen erwiesen sich als hoch potente Hemmstoffe der PTK-Aktivität des isolierten EGFR. Die Proteinkinase C (PKC)-Isoenzymfamilie spielt ebenfalls eine Schlüsselrolle bei der Regulation von Wachstumsprozessen. In dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, ob Apfelpolyphenole die PKC-Aktivität im Kolon beeinflussen. Dafür wurden humane Kolonkarzinomzellen im Vergleich zu primären humanen Enterozyten (Biopsie) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die PKC-Aktivität nicht transformierter humaner Enterozyten als auch humaner Kolonkarzinomzellen durch Apfelpolyphenole gehemmt wird. Der Apfelsaftextrakt AE02 konnte als Hemmstoff der isolierten zytosolischen PKC-Aktivität von HT29-Zellen charakterisiert werden. Eine 24-stündige serumfreie Inkubation von HT29-Zellen mit AE02 führt zu einer Hemmung der zytosolischen PKC-Aktivität; sogar in geringeren Konzentrationen im Vergleich zur Hemmwirkung an isolierter PKC. Dies könnte auf einer Hemmung PKC-vorgeschalteter Signalelemente beruhen, die so den hemmenden Effekt von AE02 auf die PKC-Aktivität verstärken könnten. Jedoch zeigte sich nach 24-stündiger Inkubation von HT29-Zellen ein U-förmiger Kurvenverlauf mit einem Anstieg der PKC-Aktivität in hohen Konzentrationen. Nachdem keine PKC-Aktivierung bei Zugabe von Apfelpolyphenolen zu isolierten Enzympräparationen zu beobachten war, kann eine direkte substanzvermittelte Aktivierung ausgeschlossen werden. Die Caspase-3-Aktivierung und die DNA-Fragmentierung, als Merkmale apoptotischer Prozesse; sowie der gezeigte Wiederanstieg des Gesamtproteingehaltes an proapoptotischer PKCdelta nach 24-stündiger Zellinkubation mit AE02 deuten darauf hin, dass die PKC-Aktivierung intermediär als Teil des apoptotischen Prozesses auftritt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass der polyphenolreiche Apfelsaftextrakt AE02 potent die isolierte, aus humanen Kolonkarzinomzellen immunopräzipitierte, GSK3beta, einem Schlüsselenzym des Wnt-Signalweges, in seiner Aktivität hemmt. Auch in intakten Zellen führt die Inkubation (24 h) von HT29-Zellen mit Apfelpolyphenolen zu einer signifikanten konzentrationsabhängigen Hemmung der zellulären GSK3beta-Aktivität. Damit einher geht die signifikante Abnahme an phosphoryliertem beta-Catenin. Gleichzeitig nimmt unerwarteterweise der Gehalt an Gesamt-beta-Catenin ebenfalls ab. Die Ergebnisse weisen somit darauf hin, dass der polyphenolreiche Apfelsaftextrakt AE02 in humanen Kolonkarzinomzellen keinen Wachstumsstimulus über den Wnt-Signalweg induziert und aufgrund der Reduktion der Expression von beta-Catenin eher antiproliferative Effekte des AE02 zu erwarten sind. Zusammenfassend ist festzustellen, dass Apfelpolyphenole in/unterhalb von Polyphenolkonzentrationen polyphenolreicher Apfelsäfte (z. B. 500 mg/l im Projektsaft AS02), in vitro in Signaltransduktionskaskaden eingreifen, die mit der Entstehung kolorektaler Karzinome assoziiert werden.

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Metadaten
Author:Melanie Kern
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-19946
Advisor:Doris Marko
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2006
Year of Publication:2006
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2006/06/13
Tag:EGFR; HT29-Zellen
EGFR; HT29 cells; polyphenols; signalling cascades
GND-Keyword:Apfelsaft; Polyphenole ; Prävention
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften

$Rev: 12793 $